Активная система молниезащиты
Наряду с традиционными системами громоотводов с конца ХХ века начала применяться новая технология, так называемая активная молниезащита. В отличие от классических, пассивных вариантов (штыревого, тросового, сетчатого), реагирующих на появление грозового разряда в зоне их действия, новый вид защиты сам захватывает молнию и отводит ее в землю. Таким образом, активная молниезащита осуществляет опережающее действие.
Принцип действия
Новая грозозащита выполнена в виде штыря, по внешнему виду напоминающего обычный штыревой громоотвод. Однако она оснащена активным молниеприемником. Встроенное электронное устройство на конце штыря помогает генерировать высоковольтные импульсы. Во время грозы импульсы распространяются, захватывают молнию и направляют ее в землю. Использование активной молниезащиты позволяет максимально эффективно защитить здания и сооружения от прямого попадания грозового разряда, а также от вторичных воздействий молнии.
Преимущества активной молниезащиты
Для активации молниезащиты подключение к источнику электропитания не требуется. Дело в том, что напряженность электрического поля во время грозы поднимается до 10-20 кВ/м. Этого вполне достаточно для приведения в действие встроенного генератора высоковольтных импульсов.
При увеличении напряженности выше критического уровня, система самостоятельно активизируется, получая энергию от внешнего электрического поля.
- Экономичность
Помимо автономности от электропитания, система является более выгодной еще по нескольким параметрам:
- применение активной молниезащиты требует установки меньшего количества устройств, чем при использовании пассивных вариантов в расчете на единицу площади;
- соответственно необходимо меньшее число токоотводов;
- меньше затрат требуется на монтаж устройств молниезащиты.
Установка меньшего числа громоотводов позволяет вносить минимальные изменения во внешний облик зданий. Это особенно актуально для архитектурных объектов и зданий индивидуальной застройки, владельцы которых стремятся сохранить дизайн своего дома или коттеджа.
К недостаткам новой системы можно отнести ее высокую стоимость. Однако, если учесть все параметры, итоговая цена может оказаться даже ниже, чем при использовании традиционных громоотводов.
Выбор молниеприемника
Определить, насколько мощный молниеприемник Satelit 3 необходим для конкретного объекта, можно с помощью расчетной формулы определенной стандартом NFC 17-102 (Франция). В ней учитывается:
- Модель металлоприемника
- Необходимый уровень защиты здания
- Высота, на которой монтируется устройство
| Модель молниеприемника | Satelit 3-25 | Satelit 3-45 | Satelit 3-60 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Высота, м | Уровень защиты | Уровень защиты | |||||||
| I | II | III | I | II | III | I | I | II | III |
| 2 | 17 | 23 | 26 | 26 | 34 | 36 | 32 | 34 | 44 |
| 3 | 25 | 34 | 39 | 38 | 48 | 50 | 48 | 48 | 65 |
| 4 | 34 | 46 | 52 | 50 | 64 | 72 | 64 | 64 | 87 |
| 5 | 42 | 57 | 65 | 63 | 81 | 89 | 79 | 81 | 107 |
| 6 | 43 | 58 | 66 | 63 | 81 | 90 | 79 | 81 | 107 |
| 10 | 44 | 61 | 69 | 64 | 83 | 92 | 79 | 83 | 109 |
| 15 | 45 | 63 | 72 | 65 | 85 | 95 | 80 | 85 | 111 |
| 20 | 45 | 65 | 75 | 65 | 86 | 97 | 80 | 86 | 113 |
| 45 | 45 | 70 | 84 | 65 | 90 | 104 | 80 | 90 | 119 |
| 60 | 45 | 70 | 85 | 65 | 90 | 105 | 80 | 90 | 120 |
Принцип установки
Исходя из параметров и типа здания, а также требуемого уровня защиты, монтируется один или несколько активных молниеприемников. Каждый из них устанавливается таким образом, чтобы быть выше наиболее высокой точки объекта минимум на 2 метра.
Каждый молниеприемник соединяется с системой заземления при помощи специальных токоотводов. Металлоконструкции, попадающие в радиус действия громоотвода необходимо соединить между собой.
По стандартам NFC 17-102 каждый из токоотводов необходимо оборудовать защитным кожухом, ревизионным узлом и счетчиком удара молний.
- Молниеприемник Satelit 3
- Мачта
- Токоотвод
- Ревизионный узел
- Защитный кожух
- Система заземления
Комплектующие активной системы молниезащиты
1. Молниеприемник Satelit 3
| Тип молниеприемника | Время инициализации опережающего разряда Т, s | Высота опережающего разряда D, м |
|---|---|---|
| Satelit 3-25 | 25 | 25 |
| Satelit 3-45 | 45 | 45 |
| Satelit 3-60 | 60 | 60 |
Материал: 304L нержавеющая сталь. Вес: 4 кг
2. Устройство дистанционного контроля управления Teletester-S3
Предназначено для контроля за работой активного молниеприемника Satelit 3 в радиусе 50 метров.
Каждые 90 сек. молниеприемник передает сигнал, который показывает, что все электронные компоненты молниеприемника функционируют корректно, поляризация волн в норме.
Размеры: 170х85х34 мм (IP54)
Вес: 200 г
Рабочая частота: 433МГц
Зарядное устройство: батарейки на 9 В, тип РР3
3. Счетчик удара молний
Прибор предназначен для фиксации каждого прохождения молнии по системе молниезащиты и отображения данной информации на дисплее. Благодаря продуманной конструкции счетчик ударов молнии максимально прост в эксплуатации и не требует особого ухода. Согласно уровню защиты IP65 прибор может работать в экстремальных метеоусловиях.
Содержание:
Молния проявляет себя в виде электрического разряда, обладающего колоссальной энергией и протекающего от грозовых туч через воздух в землю. Причиной ее возникновения считается электростатическая энергия с напряжением до нескольких миллионов вольт, образующаяся в результате ионизации паров воды под влиянием солнечных лучей. После того как электростатический заряд накопится в нужном количестве, в ионизированном воздухе образуется электрический пробой, состоящий из потока направленных электронов. Именно сила электронного потока, достигающая нескольких тысяч ампер, становится угрозой для жизни и здоровья людей и животных. Она способна причинить огромный ущерб зданиям и сооружениям, стать причиной возникновения пожара. Предотвратить негативные последствия возможно с помощью специальных мероприятий, одним из которых является активная молниезащита. Виды молниезащитыНаиболее эффективным средством считается внешняя молниезащита. Она состоит из специальных токопроводящих конструкций, устанавливаемых в самых высоких точках зданий и сооружений, обеспечивающих перехват молнии, с последующим отводом в землю ее энергии. Все защитные системы этого типа известны, как активная и пассивная молниезащита.
В состав пассивной молниезащиты входят следующие элементы:
Система, известная как активная молниезащита работает несколько иначе. Вместо обычного металлического стержня здесь используется активный молниеприемник, представляющий собой устройство специальной конструкции. Остальные элементы практически не отличаются от пассивного варианта. В конструкцию активного молниеотвода встроено специальное электронное устройство, обладающее способностью самостоятельной активации при появлении грозовых туч. В основе работы прибора лежат высоковольтные импульсы, образующиеся вокруг его головки под влиянием полей статического электричества. Эти поля возникают во время грозы, создают обратную ионизацию воздуха, в результате чего возникает эффект притягивания разрядов молнии. Активный молниеотвод легко монтируется. Для его установки могут быть использованы уже имеющиеся конструкции пассивной защиты. Особенности активной молниезащитыНесмотря на схожесть основных параметров и конструктивных элементов, системы активной и пассивной молниезащиты существенно различаются между собой.
Эти отличия касаются преимущественно технических характеристик и стоимости каждой системы:
Характеристики активного молниеприемникаАктивный молниеприемник служит основной деталью всей защитной системы этого типа. Когда грозовое облако приближается, напряженность электрического поля начинает возрастать и прибор начинает реагировать на этот процесс. В результате индукции под действием поля в антенных устройствах создается напряжение, за счет которого осуществляется зарядка конденсаторов. При достижении в них напряжения порядка 13-14 тыс. вольт, в разряднике наступает электрический пробой, а на самом устройстве происходит формирование импульса напряжением свыше 200 тыс. вольт. Полярность этого импульса будет иметь значение, противоположное полярности подошедшего грозового фронта.
Появление импульса наступает раньше, чем произойдет формирование естественного электронного потока. Под его влиянием зарождается собственный искусственный электронный поток прибора, распространяющийся на значительное расстояние и создающий защитную зону вокруг молниеприемника. Такая активная молниезащита дает максимальный эффект в тех случаях, когда на тех или иных объектах не могут быть применены традиционные пассивные защитные системы. Кроме того, активные устройства не нарушают общего дизайна и эстетики объектов, поскольку у них отсутствуют массивные детали, а монтаж и материальные затраты сведены к минимуму. Сама защищаемая зона существенно превышает этот показатель у пассивных молниеприемников аналогичной высоты и стандартной конструкции. При использовании качественных деталей и правильном монтаже, активные системы дают почти 100-процентную гарантию защиты объекта от удара молнии. Данным устройствам не требуется электрического питания, они работают полностью в автономном режиме. Активация прибора наступает лишь в случае реальной опасности появления молнии. Выбор защитного устройстваВыбор тесно связан с уровнем защиты, необходимым для конкретного объекта. В связи с этим, должны учитываться следующие факторы:
Только после учета всех критериев и определения необходимого уровня защиты, можно выбирать активный молниеприемник с соответствующими техническими характеристиками. |
Активная молниезащита — реальность или фикция?
На протяжении многих столетий наши сооружения находятся под защитой классической системы молниезащиты. Она помогает избежать разрушительных воздействий атмосферного электричества. На сегодняшний день сложилась четкая система проектирования систем молниезащиты, подробно изложены правила ее проектирования, равно как и харктеристики допущенных к использованию материалов. Однако научный прогресс действует и в такой консервативной сфере: на рынок были выпущены системы активной молниезащиты. Применение их на реальных объектах пока что не продемонстрировало тех преимуществ, которыми они должны обладать.
Тема активных систем молниезащиты становится в особенности актуальной в связи с быстрым ростом количества компаний, которые специализируются на их установке. Они активно рекламируют системы защиты с упреждающей стримерной эмиссией (ESE). Абстрактная модель их работы выглядит идеально: воздух возле острия ESE-молниеприемника ионизируется, что позволяет при приближении лидера молнии сформировать встречный стример за меньший промежуток времени, чем при использовании пассивной защиты от молний. Считается, что более быстрая реакция системы позволяет увеличить площадь зоны её покрытия.
Так, например, установка одного активного молниеприемника в шесть метров высотой позволяет обеспечить защиту объектов в зоне радиусом 40 метров; потребуется только один токоотвод, соединяющий установку с системой заземления (при этом не нужно устанавливать опуски через каждые 20 метров по периметру здания). Дополнительным плюсом активной системы защиты является то, что они не портят внешний вид здания (это особенно актуально, если ими оборудуется памятник архитектуры) – один токоотвод легко скрыть, на крышу не нужно устанавливать молниеприемную сетку.
Однако, при реализации описанной модели на практике возникает ряд нюансов, которые вынуждают либо корректировать системузащиты, либо отказаться от неё. Во-первых, отсутствуют открытые методики, позволяющие точно рассчитать зону защиты. Пользователи вынуждены пользоваться таблицами, которые поставляются вместе с установками – в этом случае неизбежны погрешности и неточности. Во-вторых, вызывает подозрения реакция промышленной компании GIMELEC, одного из активных пропагандистов применения ESE-молниеприемников, на требование ICLP (International Conferenceon Lightning Protection) предоставить данные по эффективности применения новой системы на реальных объектах.
Впервые данные, подтверждающие неэффективность применения активных систем молниезащиты были обнародованы на малазийском форуме ассоциации инженеров-консультантов (ACEM) в 2004 году. На следующийгод ICLP, одна из самых авторитетных научно-технических ассоциаций международного уровня, также заинтересовалась проблемой практического применения ESE-молниеприемников. В 2008 году ассоциация направила GIMELEC запрос на открытие статистики в рамках международной конференции, которая должна была состояться в шведском городе Упсала. В ответ GIMELEC пригрозила ассоциации подачей судебного иска о нанесении ущерба репутации бизнеса.
В 2009 году окончательно решить вопрос попытался европейский комитет электротехнической стандартизации (CENELEC), который выпустил постановление D134/037, которое обязывало страны Европы привести внутренние стандарты молниезащиты в соответствие с требованиями стандарта EN 62305 (IEC-62305). Однако, французский стандарт NFC 17-102, текст которого не только допускает, но и поощряет использование систем, созданных по технологии ESE, остался неизменным. Проблемы при применении активной молниезащиты были обнаружены в ходе исследований, проведенных в Польше и Малазии. Ученые установили, что генерация встречного стримера у классического стержня Франклина и у активного молниеприемника занимает приблизительно одинаковое время (во всяком случае, различие не достигает существенных значений).
Агрессивный маркетинг фирм, производящих и устанавливающих активную молниезащиту, можно понять: ведь такие установки имеют меньший вес, монтируются быстро и без особых сложностей и приносят гораздо большую прибыль (ESE-молниеприемник по цене превосходит обычный в 40-60 раз). При этом сторонники активной защиты умалчивают о том, что даже в странах, допускающих применение такого оборудования (Франции, Турции, Чехии, Польше и Испании), в стандарты внесена небольшая поправка: разрешается установка молниеприемников такой же высоты, как и рассчитанный по обычным методам стержень Франклина.
Кроме того, 13 сентября 2005 года в США по решению суда штата Аризона в недобросовестной рекламе товаров были обвинены две американских фирмы -Lightning Preventor of America / Heary Brothers Lightning Protection и National Lightning Protection Corporation of Denver. Характеристики их ESE-систем, приводимые в рекламных материалах, не соответствовали реальным. Суд постановил прекратить рекламную кампанию продуктов, производимых фирмами.
Поэтому следует в помнить, что даже тот факт, что ESE-молниеприемниками снабжены такие объекты как Собор Парижской Богоматери, аэропорт им. Шарля де Голля, Красная Крепость в Дели, штаб-квартира компании Renault, отель Найятт в Денвере (США) и небоскреб Cenral Plaza, не отменяет того, что при покупке активной молниезащиты клиент получает обыкновенный стержневой молниеприемник за гораздо большие деньги.
Активная молниезащита — достоинства и недостатки
В последнее время все большее количество людей задается вопросом об установке на своем объекте или доме активной молниезащиты. Достоинства и недостатки этой защитной системы являются на сегодняшний день актуальным предметом многочисленных споров. В этой статье мы попробуем найти решение данного вопроса и сделаем соответствующий вывод.
Известно, что активная молниезащита появилась на нашем, российском рынке, относительно недавно. Постепенно она набрала популярность и сейчас устанавливается многими предприятиями и частными лицами. Конструкция приемника молнии в этой системе представляет собой мачту, которую ставят на кровле здания. На мачту крепиться специальная принимающая молнии головка.
Среди явных преимуществ этой системы защиты можно отметить, прежде всего, значительно расширенную зону молниезащиты, которая по сравнению с обыкновенными стержневыми устройствами схожего назначения, охватывает площадь большую в 4-5 раз. Это было первое весомое преимущество. Вторым же можно назвать то, что на монтаж активной молниезащиты тратиться очень мало материалов. А вот если на современный дом с перепадами высот и более изощренной формы, пытаться установить пассивную защиту, то это будет не только долго, но еще и очень затратно.
Также, следует провести отличие в стоимости материалов, а также в стоимости работ по монтажу. Сделать это можно только на конкретном объекте, так как у активной системы молниезащиты совершенно другой принцип действия, нежели у пассивной. Так, из-за большей потребности в материалах время монтажа пассивной системы защиты в несколько раз превышает время, затраченное на установку активной системы.
Активная молниезащита выгодна еще и тем, что внешний облик современного здания позволяет без особых затрат установить именно ее шпиль вместе того, чтобы натягивать сетки и ставить отводы тока по всей территории фасадов.
Единственным недостатком активной молниезащиты можно назвать ее сравнительно высокую стоимость, а также то, что эта система все еще нова для нашего населения, в то время, как пассивная уже давно проверена временем. Помимо этого, недостатков у системы такого типа защиты нет практически никаких. Это прогрессивная современная молниезащита, которую рекомендуют к установке во многих Европейских странах. Ее достоинства хоть и спорны, но актуальны и определяют сегодня выбор многих людей.
Активная молниезащита » СтудИзба
1. Введение
Любая грозозащита имеет в своем составе молниеприемник, который позволяет своевременно обеспечить перехват движущегося в сторону строения разряда молнии. Он может быть выполнен в двух вариантах — в виде пассивного или активного способа приема энергии молнии. Пассивный вариант является наиболее простым, но, тем не менее, вполне надежным способом защиты. По сравнению с ним существует активный молниеприем. В его состав входит модуль грозозащиты, который способен вырабатывать специальные электромагнитные импульсы в сторону грозовой тучи. Во время грозы происходит ионизация воздуха вокруг такого молниеприемника и при движении молнии в сторону объекта, который защищает это активное устройство, осуществляется надежный перехват всего электрического разряда. Такое устройство позволяет расширить зону гарантированной защиты, что очень важно на загородном участке большой площади. В том случае, если молния уходит в сторону, то активное устройство не окажет никакого влияния на нее. Это самая надежная система защиты, которая достаточно широко применяется во многих странах мира уже много лет. В нашей стране такое устройство молниезащиты в последние годы становиться все более востребованным, в связи с ростом загородного строительства. Его надежность подтверждается результатами многолетних исследований специалистами разных стран.
Грозовое облако создает электрическое поле между областью грозы и землей. Напряженность этого поля может превысить 5 киловольт на метр.
Молния представляет собой электрический разряд длиной в несколько километров, развивающийся между грозовым облаком и землей или каким-нибудь наземным сооружением.
Разряд молнии начинается с образования светящегося пятна, называемого «ступенчатым лидером», который начинает свое движение из области тучи по направлению к земле. По направлению движения лидера – от облака вниз или от наземного сооружения вверх – молнии разделяются на нисходящие или восходящие. Лидер нисходящей молнии возникает под действием процессов в облаке и не зависит от наличия на земле каких-либо сооружений. По мере продвижения лидера к земле с наземных обьектов могут возбуждаться направленные к облаку встречные лидеры. Соприкосновение одного из них с нисходящим лидером (или касание последнего поверхности земли) определяет место удара молнии в землю или какой-либо обьект.
Последние экспериментальные данные показывают, что средние скорости восходящего и нисходящего лидеров сравнимы в течение фазы их соединения и коэффициент их отношения равен примерно 1 (между 0.9 и 1)
V=Vвосх=Vнисх=1м/мкс, где Vвосх – скорость восходящего лидера, Vнисх – скорость нисходящего лидера, V- скорость образования проводника.
Когда нисходящий лидер разряда молнии приближается к поверхности земли, любая проводящая поверхность может создавать встречный восходящий стример. Время Инициирования восходящего стримера у активного молниеприемника значительно меньше по сравнению с традиционными системами молниезащиты, что позволяет значительно увеличить зону защиты.
2. Принцип действия молниезащитных устройств.
Долгие годы для молниезащиты использовались традиционные стержневые и тросовые молниеприемники. В последнее время все большую популярность завоевывают так называемые активные молниеприемники, которые не просто принимают удар молнии на себя, но и отводят ее от защищаемого объекта. Мы предлагаем Вам ознакомиться с принципом действия активного молниеприемника (АМП) «FOREND». |
Его работа осуществляется за счет разности потенциалов, образующихся между грозовым облаком и поверхностью земли.В тот момент, когда напряженность электрического поля достигает критического значения, от молниеприемника исходит опережающий разряд в сторону молнии, и, при возникновении молнии над защищаемой территорией, она обязательно будет поймана молниеприемником и отведена в землю. Тем самым обеспечивается защита зданий, объектов и сооружений. К достоинствам АМП относится повышенная надежность защиты. Радиус защиты активного молниеприемника, достигающий 107 м, превышает радиус защиты одностержневого / тросового молниеприемника и радиус защиты молниеприемной сетки, благодаря использованию предупредительных разрядов. Зона защиты громоотвода имеет более удачную площадь защиты и позволяет закрыть до 36 тыс. кв. м с большей надежностью, до 107 м, чем другие виды молниеотводов. При необходимости защиты здания большей площади можно использовать 2-3 молниеприемника и прилагающиеся к ним устройства заземления.
Активный молниеприемник «FOREND» защищен от атмосферного воздействия, прост в установке. Заземление для АМП просто в изготовлении и снимает необходимость выкапывать траншеи по периметру здания и укладывать заземлители, что обязательно в случае применения пассивных молниеприемников.
3. Преимущества применения АМП в сравнении с другими методами.
Радиус защиты одностержневого молниеприемника, тросового молниепремника и методом сетки определяется в соответствии с моделью катящегося шара и, как выше было представлено, этот радиус гораздо меньше чем радиус действия АМП вследствие использования предупредительных разрядов.
Зона защиты при использовании этих методов, в сравнении с зоной защиты АМП, имеет менее удачную форму. Зона защиты АМП позволяет более надежно покрыть большую площадь.
Если необходимо защитить здание большой площади, то, можно использовать 2-3 молниеприемника. Если не используем АМП, то необходимо применять метод сетки, т.е. укладывать металлическую сетку через расстояние 10 мм и делать спуски с заземлителями. При этом методе во много раз увеличивается расход металла, усложняется конструкция и снижается надежность системы.
Сравнительная характеристика систем активной молниезащиты и классической
Характеристики | Активная система молниезащиты | Пассивная система молниезащиты |
Принцип действия | Электронная система создаёт ионизацию (встречный лидер) значительно раньше и большей напряженности поля, чем в случае классической молниеотводной защиты. | Физически, пассивный молниеотвод действует аналогично активному – создается зона ионизации вокруг острия и молния «притягивается» от защищаемых объектов, но на расстояниях во много раз меньших, чем у активного молниеотвода. |
Зона защиты | Зона защиты активного молниеприемника многократно превосходит зону защиты обычного штыревого. Охраняются все объекты, охваченные элипсообразной сферой в виде «капсулы», антенны и архитектурные элементы крыши, а так же вся территория (открытые площадки) находящаяся в зоне защиты активного молниеприемника. | Пространство в окрестности молниеотвода ограниченной геометрии, в зону защиты которого входит только объект, размещенный в его объеме. Радиус защиты меньше примерно в 8 раз, чем у активной системы молниезащиты. |
Схема защиты |
|
|
Радиус действия | Радиус защиты до 107 м. | Радиус защиты до 24 м. |
Токоотводы | 1-2 шт. | Более — 2 шт. |
Горизонтальные пояса | Не применяются для зданий высотой до 60 м. | Искусственные токоотводы соединяются горизонтальными поясами вблизи поверхности земли и через каждые 20 м по высоте здания. |
Заземлители | Не более 2 шт. | Более 2 шт. |
Проектирование | Определяется высота мачты, на которую устанавливается активный молниеприемник (по инструкции), исходя из уровня защиты и радиуса защищаемой площади. | Выполняется обоснование выбора средств защиты, типов молниеотводов и методов расчетов, выбора материалов молниеприемников, токоотводов, их сечений и общее количества. |
Монтаж | 1-2 дня | Сложность и трудоемкость монтажа множества молниеотводов, сеток и молниеприемников пассивной молниезащиты. |
Эксплуатация | Трудозатраты на ТО и Р пропорциональны количеству элементов системы. | Тех. обслуживание и ремонт большого количества соединений, крепежных элементов. Необходимо |
Эстетика | Не ухудшается эстетический вид объекта. Активная головка занимает минимальное место при установке. | При установке молниеотводных сеток или многочисленных стержней портится архитектурный облик объекта. |
Электро-магнитное воздействие | Минимальное негативное воздействие электромагнитного поля из-за ограниченного количества токоотводов. | Большое количество токоотводов подвергает почти весь объект воздействию электромагнитного поля. |
Защита зданий с помощью тросовых молниеприемников и методом сетки
4. Защита здания большой площади с помощью АМП
Установка одного АМП и контура заземления из нескольких заземлителей гораздо экономичнее по использованию металла в сравнении с методом сетки, тросовых и одиночных молниеотводов. Контур заземления для АМП прост в изготовлении, нет необходимости выкапывать траншеи по периметру здания и укладывать заземлители, как в случае пассивных молниеприемников. Кроме того, в методе сетки, например, сетка может оборваться и тогда нарушится контур заземления.
АМП прост в установке, защищен от атмосферного воздействия, не требует обслуживания в процессе эксплуатации.
5. РАСЧЕТ СТЕПЕНИ ЗАЩИТЫ
Расчет степени защиты, применяемый в IFC и в Европе, производится нижеуказанным способом:
Эффективная площадь: Ac=Lw+6H(L+W)+9H2
L. Длина(m), W: Ширина (m), H: Высота (m)
Предположительное количество молний :Nd = Ng*Ac*C1* 106
Ng=0,04 NK1,25 (число ударов молнии/(км2/год))
Nk: количество дней с молнией
Принятое число Nc=5,5*103/C
C=C2*C3*C4*C5
Если Nd<Nc — защита по желанию
Если Nd>Nc — защита необходима
степень защиты устанавливается: по Е=1-(Nc/Nd)
Расчетная эффективность | Степень защиты |
Е>0,98 | 1 Степень + Доп.мера |
0,95<E<0,98 | 1 Степень |
0,80 <E<0,95 | 2 Степень |
0<E<0,80 | 3 Степень |
КОЭФФИЦИЕНТ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ | С1 | ||
Здание не выше деревьев и/или близлежащих строений | 0,25 | ||
Здание находится в окружении невысоких строений | 0,5 | ||
Расстояние до самого близкого строения ЗН | 1 | ||
Самое высокое здание в районе | 2 | ||
Конструктивные коэффициенты | С2 | ||
Здание/Крыша | МЕТАЛЛ | КЕРАМИКА | Возгорающийся |
Металл | 0,5 | 1 | 2 |
Кирпичное, бетонное | 1 | 1,5 | 2,5 |
Возгорающееся | 2 | 2,5 | 3 |
Структурный коэффициент | С3 | ||
Недорогое, не возгорающееся | 0,5 | ||
Среднее, возгорающееся | 1 | ||
Дорогое, возгорающееся | 2 | ||
Воспламеняющееся, возгорающееся | 3 | ||
Структурное время | С4 | ||
Здание без персонала | 0,5 | ||
До 50 человек | 1 | ||
Более 50 человек, с риском, трудность эвакуации | 3 | ||
ВАЖНОСТЬ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ | С5 | ||
Не имеет значения | 1 | ||
Всегда в эксплуатации, имеет значение в среде | 5 | ||
Имеет очень значительное место в среде | 10 | ||
6. Конструкция АМП.
Элементы схемы молниеотвода размещены внутри герметичной трубы, изготовленной из нержавеющей стали или меди, на внутренней поверхности которой размещена изолирующая конструкция, предохраняющая от развития поверхностного электрического разряда, и система защитных разрядников, предохраняющая молниеотвод от разрушения в момент разряда молнии.
На верхнем фланце молниеотвода находятся молниеприемный стержень обеспечивающий работу элементов схемы. Крепление на мачту с помощью винта с резьбой М10.
Электрическая схема устройства состоит из высоковольтных резисторов и конденсаторов. Заряд конденсаторов от внешнего поля происходит через резисторы, а разряд через разрядники, настроенные на напряжение (12-14) кВ.
При разряде конденсаторов напряжения складываются, и формируется импульс амплитудой более 200 кВ.
При приближении грозового фронта возрастает напряженность поля у поверхности земли, что приводит к наведению на антеннах молниеотвода напряжения, которым заряжаются конденсаторы.
При достижении напряжения на конденсаторах (12-14) кВ происходит пробой разрядников и формирование короткого импульса величиной более 200 кВ. Полярность импульса противоположна полярности грозового фронта. Импульс инициирует направленный в сторону молнии стример, который создает проводящий канал для разряда молнии в землю. Этот процесс повышает действующую высоту молниеотвода, не зависящую от полярности грозового разряда.
Рисунок 2
Примечание: Это описание имеет отношение только к нисходящему типу молний, который описывается электрогеометрической моделью. Этот тип молний самый распространенный.
Высота мачты, на которой крепится головка, определяется на основании Таблицы 1.
Головка ФОРЕНД ввинчивается в трубчатую мачту.
В случае защиты открытых зон, таких как спортивные территории, бассейны и т.д., молниеотводы монтируются на фонарях, столбах, кронштейнах и любой другой близлежащей структуре, дающей возможность молниеотводу покрыть данную защищаемую зону.
До высоты 4 м мачты не требуют растяжек. Выше 4 м применяются растяжки или специальные мачтовые конструкции. Общий принцип крепления мачты идентичен креплению традиционных телевизионных антенн. Мачту следует закрепить с помощью дистанционных держателей на жесткой конструкции здания (дымовая труба, кладка, стальные конструкции). Мачта может быть закреплена на треножнике с бетонным основанием.
Если ФОРЕНД помещается на сборной антенной мачте, то острие головки должно находиться на 2 м выше антенн (таблица 1):
Расстояние шпиля головки от основания защищаемого Защищаемогообъекта H (м) | Радиус защиты R (м) | ||
H (м) | Уровень 1 | Уровень 2 | Уровень 3 |
2 | 31 | 39 | 43 |
3 | 47 | 58 | 64 |
4 | 63 | 78 | 85 |
5 | 79 | 97 | 107 |
6 | 79 | 98 | 108 |
10 | 79 | 99 | 109 |
20 | 80 | 102 | 113 |
7. Заключение.
В современных условиях применение активной молниезащиты просто необходимо, т.к. попадание молнии в здание может вызывать не только большие повреждения зданий, но и приводит к выходу из строя электрооборудования, а так же может быть источником пожаров. Жизнь для человека это самое большое сокровище, поэтому не стоит подвергать ее тому или иному риску. Активная молниезащита имеет огромное количество преимуществ по сравнению с пассивной: она не только менее материалоемкая, но и является наиболее эффективной. Ее эффективность можно оценить по счетчику ударов молний устанавливаемому в комплекте. Кроме того этот счетчик может выдавать некоторую информацию о необходимости специализированного обслуживания! Еще одной отличительной особенностью активных молниезащит является возможность проверки их работоспособности при помощи специального прибора Форенд тестера. Одним словом применение активной молниезащиты это шаг к модернизации наших защит.
Список литературы.
1. www.teziz.ru/activ1.phtml
2. www.mzke.ru
3. www.spbelektra.ru/forend
4. stmx.ru/molniezashita.html
5. www.elektraek.ru/mzasch.php
Виды активной молниезащиты
Проблема защиты зданий и других объектов в наши дни не менее актуальна, чем в прошлом. На территории России проектирование систем защиты от молний производится в соответствии с официальной нормативной базой, соблюдение технических стандартов строго контролируется. По этой причине в ходе разработки проекта системы защиты от прямого удара можно применять лишь традиционные модели молниеприемной части.
Однако, в настоящее время в зарубежных странах применяются ещё 2 типа конструкций, которые применяются для обеспечения электробезопасности самых разнообразных сооружений и зданий. Один из них – это система активной защиты от молний. Она была разработана в США; принцип её работы основывается на перенаправлении разряда электричества высокой мощности на объект, который расположен внутри зоны действия защитной системы. Активная молниезащита пока что не получила широкого распространения в России вследствие неоправданно высокой стоимости, высокой сложности конструкции, а также необходимости размещать предмет, отводящий разряд, непосредственно под установкой.Поэтому системы активной молниезащиты не включены в нормативы и правила, регулирующие допустимые технические показатели защитных систем как в России, так и в Европе.
Другой тип конструкции молниезащиты – это активные молниеотводы с ранним инициированием стримера (молниеприемники). С ними складывается немного иная ситуация. Большинство продавцов подобных защитных систем, стремясь получить максимум прибыли и пользуясь некомпетентностью потребителей, предлагают приобрести такие системы, называя их активными молниеотводами. Производители утверждают, что активные молниеприемники формируют встречный разряд гораздо раньше, чем традиционные конструкции. Утверждается, что такого эффекта можно добиться, получив встречный лидер, который «перехватывает» разряд молнии на большем расстоянии по сравнению с традиционными защитными системами. Однако, ни полевые испытания, ни лабораторные исследования не смогли выявить сколько-нибудь значительные различия в работе активных молниеприемников и традиционных конструкций. Ведь для того, чтобы молниеотвод справился со своей задачей, важна не сила стримера, а быстрорастущий лидер, направляемый навстречу разряду.Анализ конструкции молниеприемников показал, что изолирующая прокладка, расположенная между вершиной и основанием молниеотвода, подает недостаточное напряжение на вершину. Уровень напряжения в активноммолниепремнике не может превышать 20-30 киловатт, т.к. толщина прокладки составляет всего несколько миллиметров. Совершенно очевидно, что такие технические параметры не позволяют сформировать встречный лидер. Таким образом, эффективность альтернативных систем молниезащиты не превышает эффективность традиционных установок.
Разработчики новых систем защиты от молний решают преимущественно проблему их электромагнитной совместимости. Безусловно, это одна из основных задач, решаемых в ходе разработки систем защиты зданий, но сложность состоит в том, что в России архитектурный проект сооружения и проект его защиты (равно как и оснащение его соответствующим оборудованием) разрабатываются разными специалистами. По этой причине при подборе защиты для здания потребитель должен угадывать её параметры, предусматривая предельную оптимизацию условий прохождений токов с точки зрения снижения напряженности электромагнитного поля в объекте, на который будет установлена система. Поэтому можно с полной уверенностью утверждать, что в нашей стране пока ещё не сложились благоприятные условия для применения систем активной молниезащиты.
активный молниеотвод — патент РФ 2467524
Изобретение относится к средствам защиты от повреждения объектов различного назначения при интенсивном воздействии атмосферного электричества, а именно к средствам молниезащиты зданий и сооружений. Активный молниеотвод содержит корпус с крышкой, электрически последовательно сообщенные активный молниеприемник, генератор импульсного напряжения, возбуждаемый молниеактивно заряженным внешним электрическим полем, и контактный элемент системы заземления. Генератор содержит не менее двух зарядных резисторных цепей, а также многосекционный разрядник, выполненный в виде, по меньшей мере, одной конденсаторно-разрядной цепи, состоящей из последовательно чередующихся конденсаторов, каждый с двумя зарядными пластинами-обкладками с разрядниками. Резисторы зарядных цепей разделены на две группы, резисторы одной из которых соединены с верхними, а резисторы другой — с нижними пластинами-обкладками конденсаторов. Электромагнитные параметры молниеотвода обеспечивают возможность зарядки конденсаторов из внешнего электрического поля при критическом молниеактивном напряжении последнего до уровня, достаточного для формирования и осуществления упреждающего разряда с образованием лидера, посылаемого через молниеприемник навстречу ударному лидеру внешней молнии. Молниеприемник выполнен в виде многостержневого венца с центральным и боковыми стержнями. Молниеотвод снабжен внешней разрядной цепью, состоящей из пар токопроводящих разрядников. Каждый разрядник одной пары электрически связан с одним разрядником другой пары. Один разрядник верхней пары электрически связан с молниеприемником, а один разрядник нижней пары — с контактным элементом системы заземления. Разрядники смежных пар размещены на корпусе с частным смещением в плане относительно предыдущей и/или последующей пары разрядников. Технический результат состоит в улучшении конструктивных, технологических и эксплуатационных качеств молниеотвода, повышении надежности работы устройства и обеспечении повышенной защиты объектов от поражения разрядами молнии. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунки к патенту РФ 2467524
Изобретение относится к средствам защиты от повреждения объектов различного назначения при интенсивном воздействии атмосферного электричества, в частности к средствам молниезащиты промышленных зданий и сооружений, а также электроэнергетического оборудования, находящегося на открытом воздухе.
Известен молниеотвод, содержащий центральный вертикальный заземленный стержень и расположенные симметрично относительно него боковые антенны-молниеприемники, а также генераторный электрод, разрядники, преобразователь энергии электрического поля и накопители энергии. В промежутки между центральным заземленным стержнем и генераторным электродом помещен разрядник. Аналогичные разрядники размещены в разрывах боковых антенн-молниеприемников. Первый вход преобразователя энергии подключен к генераторному электроду, второй вход преобразователя подключен к центральному заземленному стержню. Выходы преобразователя соединены с входами накопителей энергии, выходы которых включены между заземленным стержнем и рабочими концами соответствующих боковых антенн (RU 2090968 С1, опубл. 20.09.1997).
Недостатком известного устройства является высокая сложность исполнения и недостаточная надежность при защите объектов от поражения молнией.
Известен молниеотвод, содержащий центральный стержень-молниеприемник, центральный стержень заземления, боковые стержни и корпус. Центральный стержень-молниеприемник соединен с началом первой из последовательно включенных вторичных обмоток повышающих трансформаторов, помещенных внутри многосекционного разрядника, и с первой его секцией, при этом конец последней из вторичных обмоток повышающих трансформаторов соединен с последней секцией многосекционного разрядника, с первым полюсом генераторного разрядника, со стержнем заземления и с первым концом первичной обмотки изолирующего трансформатора, второй конец которой через конденсатор связан с вторым полюсом генераторного разрядника и с основанием боковых стержней, а вторичная обмотка изолирующего трансформатора и первичные обмотки повышающих трансформаторов соединены параллельно (RU 2101819 С1, опубл. 01.01.1998).
Недостатком этого устройства является необходимость подбора электромагнитных параметров для его срабатывания при приближении к защищаемому объекту лидера молнии определенного типа. Такая защита является недостаточно надежной.
Также известен молниеотвод, который содержит центральный стержень-молниеприемник, центральный стержень заземления, боковые стержни, наружный многосекционный защитный разрядник, генераторный разрядник и диэлектрический корпус. Диэлектрический корпус имеет снаружи поперечную ребристость. Секции наружного многосекционного защитного разрядника посажены на боковые стержни и выступают за пределы поперечной ребристости диэлектрического корпуса. Внутри диэлектрического корпуса расположены накопительные блоки, каждый из которых образован цепочкой из последовательно включенных накопительного конденсатора и генераторного разрядника. Верхний накопительный блок связан с нижней обкладкой формирующего конденсатора, верхняя обкладка которого соединена с центральным стержнем-молниеприемником и верхними боковыми стержнями. Точки соединения генераторных разрядников и верхних обкладок конденсаторов связаны с боковыми стержнями. Нижняя обкладка конденсатора нижнего накопительного блока подключена к центральному стержню заземления и к нижней секции наружного многосекционного защитного разрядника (RU 2186448 С1, опубл. 27.07.2002).
Недостатком известного молниеотвода является весьма ограниченный срок его службы и недостаточно высокая надежность, вытекающие из его конструкции.
Наиболее близким по сущности и достигаемому техническому результату является молниеотвод, содержащий диэлектрический корпус с поперечной ребристостью, в крышку которого вставлены центральный стержень-молниеприемник и боковые стержни. Центральный стержень заземления вставлен в основание корпуса. В корпус помещены обкладки конденсаторов, соединенные с внутренними разрядниками. Крышка выполнена проводящей, боковые стержни вставлены в нее. В корпус помещены две цепи последовательно соединенных резисторов, число которых и их номиналы в каждой цепи одинаковы. Первые выводы резисторов первой цепи подключены к верхним обкладкам конденсаторов. Первые выводы резисторов второй цепи подключены к их нижним обкладкам. Разрядники расположены на смежных обкладках соседних конденсаторов (RU 2208887 С1, опубл. 20.07.2003).
Недостатком известного решения является недостаточно высокая надежность и долговечность устройства.
Задача заключается в улучшении конструктивных, технологических и эксплуатационных качеств молниеотвода, повышении надежности и долговечности работы устройства и обеспечении повышенной защиты объектов от поражения разрядами молнии.
Поставленная задача решается тем, что активный молниеотвод, согласно изобретению, содержит корпус с крышкой, электрически последовательно сообщенные активный молниеприемник, генератор импульсного напряжения, возбуждаемый молниеактивно заряженным внешним электрическим полем, и контактный элемент системы заземления, при этом указанный генератор выполнен с корпусом, внутри внешнего контура которого размещены не менее двух зарядных резисторных цепей, а также многосекционный разрядник, выполненный в виде, по меньшей мере, одной конденсаторно-разрядной цепи, состоящей из последовательно чередующихся конденсаторов, каждый с двумя зарядными пластинами-обкладками, и функционально совмещенных с ними разрядников, выполненных в виде выверенных по высоте выступов на внешней стороне указанных пластин-обкладок, причем зарядные резисторные цепи состоят из последовательно соединенных резисторов и разделены на две группы, резисторы одной из которых соединены с верхними, а резисторы другой — с нижними пластинами-обкладками конденсаторов, причем совокупные номиналы резисторов, электрически сообщенных с верхними, и резисторов, сообщенных с нижними пластинами-обкладками каждого конденсатора, приняты равновеликими по высоте и по сопротивлению, а омическое сопротивление резисторов, диэлектрических прослоек между встречными элементами разрядников и пластинами конденсаторов, площадь конденсаторных пластин, число и емкость конденсаторов в генераторе импульсных напряжений приняты обеспечивающими возможность зарядки конденсаторов из внешнего электрического поля, по крайней мере, при критическом молниеактивном напряжении последнего до уровня, достаточного для формирования и осуществления упреждающего разряда с образованием лидера, посылаемого через молниеприемник навстречу ударному лидеру внешней молнии, но при этом упомянутые электрическая емкость конденсаторов и омическое сопротивление прослоек между их пластинами и выступами разрядников приняты обеспечивающими возможность сквозного пробоя разрядников указанной цепи и короткого замыкания молниеприемника на контактный элемент системы заземления при ударе молнии с последующим самовосстановлением исходных свойств диэлектрика и защитной работоспособности активного молниеотвода, кроме того, молниеприемник выполнен в виде системы электрически взаимосвязанных стержней, образующих многостержневой венец с центральным и боковыми стержнями, при этом центральный стержень выполнен длиной, превышающей длину боковых стержней, также молниеотвод снабжен, по меньшей мере, одной внешней разрядной цепью, состоящей из пар токопроводящих разрядников, преимущественно, выполненных в виде тела вращения, при этом каждые два разрядника, образующие пару, разделены диэлектриком, а каждый разрядник одной пары электрически связан с одним разрядником другой пары, причем один разрядник верхней пары электрически связан с молниеприемником, а один разрядник нижней пары — с контактным элементом системы заземления, причем разрядники смежных пар размещены на корпусе, по меньшей мере, с частным смещением в плане относительно предыдущей и/или последующей пары разрядников.
Корпус генератора импульсного напряжения может быть выполнен, преимущественно, состоящим не менее чем из двух желобчатых пластин, разомкнутых по контуру в зонах расположения резисторных цепей, по меньшей мере, на части их длины.
Внешние разрядники могут быть выполнены в виде шара, шароида. Внешние разрядники могут быть выполнены в виде эллипсоида. Пары разрядников внешней разрядной цепи последовательно спирально могут быть смещены по высоте.
Пары разрядников внешней разрядной цепи последовательно могут быть смещены по высоте в шахматном порядке.
Корпус молниеотвода может быть снабжен внешними опорными фланцами для крепления разрядников, а каждый разрядник снабжен токопроводящим опорным элементом, преимущественно, выполненным со стержневидным поддерживающим и консольным опорным участками и установлен на опорном фланце с возможностью регулирования толщины и омического сопротивления прослойки диэлектрика в паре разрядников.
Молниеприемник, выполненный в виде системы стержней, образующих многостержневой венец с центральным и боковыми стержнями, пространственно может быть нацелен в зону повышенной напряженности внешнего электрического поля, при этом радианная величина углового направления и радиальная длина боковых стержней, предпочтительно, одинаковы и вписаны в условный сферический сектор указанного внешнего поля, а центральный стержень выполнен длиной, превышающей длину боковых, и пролонгирован не менее чем до точки пересечения с условной плоскостью, касательной к поверхности упомянутого условного сферического сектора, нормальной к направлению одного из боковых стержней.
При четном числе резисторных цепей в генераторе импульсного напряжения номиналы и геометрические параметры резисторов могут быть приняты одинаковыми для каждой из них.
При различном числе резисторных цепей в генераторе импульсного напряжения, сообщенных с верхними и сообщенных с нижними пластинами-обкладками конденсаторов, номиналы резисторов, по меньшей мере, одной цепи в группе с меньшим числом цепей могут быть увеличены до выравнивания совокупного омического сопротивления резисторов, сообщенных с каждой верхней или нижней пластиной-обкладкой конденсатора, с сохранением равенства геометрической высоты резисторов.
Каждый резистор в резисторной цепи может быть геометрически увязан с высотным диапазоном, занимаемым сообщенными с ним на входе и на выходе одноименными пластинами-обкладками конденсаторов и разрядником, подбором или регулированием длины соединительных элементов между смежными резисторами.
Каждый резистор в резисторной цепи может быть геометрически увязан с высотным диапазоном, занимаемым сообщенными с ним на входе и на выходе одноименными пластинами-обкладками конденсаторов и разрядником, при осевой длине резистора, превышающей указанную совокупную длину указанных элементов конденсаторов и разрядника, посредством расположения резисторов наклонно-перекрестно относительно оси молниеотвода.
Каждый резистор в резисторной цепи может быть геометрически увязан с высотным диапазоном, занимаемым сообщенными с ним на входе и на выходе одноименными пластинами-обкладками конденсаторов и разрядником, при осевой длине резистора, превышающей указанную совокупную длину элементов конденсатора и разрядника, посредством осевого смещения в плане и частичного совмещения в высотном диапазоне участков длины смежных резисторов.
Прослойки между пластинами-обкладками конденсаторов, встречными выступами разрядников и полость, занимаемая в молниеотводе многосекционным разрядником, могут быть заполнены диэлектриком или системой диэлектриков, способным к самовосстановлению исходных свойств после срабатывания устройства, например инертным газом или воздухом либо сочетанием газообразного и твердого диэлектриков.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, состоит в улучшении конструктивных, технологических и эксплуатационных качеств молниеотвода, повышении надежности работы устройства и обеспечении повышенной защиты объектов от поражения разрядами молнии за счет более надежного конструктивного решения разрядников, взаимной компоновки и сочетания конденсаторно-разрядной и зарядных резисторных цепей. Внешняя разрядная цепь предназначена для защиты генератора импульсного напряжения от воздействия электрического тока. В момент попадания молнии в молниеотвод весь заряд стекает по внешним разрядникам, тем самым препятствуя разрушительному воздействию молнии на внутренний генератор, вследствие чего повышается надежность работы молниеотвода и защита от повреждения объектов различного назначения при интенсивном воздействии атмосферного электричества.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен активный молниеотвод, вид спереди с частичным вертикальным разрезом;
на фиг.2 — схема расположения разрядников внешней разрядной цепи в плане;
на фиг.3 — генератор импульсного напряжения, вид спереди с частичным вертикальным разрезом;
на фиг.4 — разрез по А-А на фиг.3.
Активный молниеотвод содержит корпус 1 с крышкой 2, электрически последовательно сообщенные активный молниеприемник 3, генератор 4 импульсного напряжения, возбуждаемый молниеактивно заряженным внешним электрическим полем, и контактный элемент 5 системы заземления.
Генератор 4 выполнен с корпусом 6, внутри внешнего контура которого размещены не менее двух зарядных резисторных цепей 7, а также многосекционный разрядник, выполненный в виде, по меньшей мере, одной конденсаторно-разрядной цепи 8, состоящей из последовательно чередующихся конденсаторов 9. Каждый конденсатор 9 выполнен с двумя зарядными пластинами-обкладками 10, 11 и функционально совмещенных с ними разрядников 12, выполненных в виде выверенных по высоте выступов на внешней стороне указанных пластин-обкладок 10, 11. Зарядные резисторные цепи 7 состоят из последовательно соединенных резисторов 13 и разделены на две группы. Резисторы одной группы соединены с верхними пластинами-обкладками 10, а резисторы другой группы — с нижними пластинами-обкладками 11 конденсаторов 9. Совокупные номиналы резисторов, электрически сообщенных с верхними пластинами-обкладками 10 каждого конденсатора 9, и резисторов, сообщенных с нижними пластинами-обкладками 11, приняты равновеликими по высоте и по сопротивлению. Омическое сопротивление резисторов 13, диэлектрических прослоек между встречными элементами разрядников 12 и пластинами-обкладками 10, 11 конденсаторов 9, площадь конденсаторных пластин, число и емкость конденсаторов 9 в генераторе импульсных напряжений приняты обеспечивающими возможность зарядки конденсаторов 9 из внешнего электрического поля, по крайней мере, при критическом молниеактивном напряжении последнего до уровня, достаточного для формирования и осуществления упреждающего разряда с образованием лидера, посылаемого через молниеприемник навстречу ударному лидеру внешней молнии. Упомянутые электрическая емкость конденсаторов 9 и омическое сопротивление прослоек между их пластинами и выступами разрядников 12 приняты обеспечивающими возможность сквозного пробоя разрядников 12 указанной цепи и короткого замыкания молниеприемника на контактный элемент 5 системы заземления при ударе молнии с последующим самовосстановлением исходных свойств диэлектрика и защитной работоспособности активного молниеотвода.
Молниеприемник 3 выполнен в виде системы электрически взаимосвязанных стержней, образующих многостержневой венец с центральным стержнем 14 и боковыми стержнями 15. Центральный стержень 14 выполнен длиной, превышающей длину боковых стержней 15.
Молниеотвод снабжен, по меньшей мере, одной внешней разрядной цепью 16, состоящей из пар токопроводящих разрядников 17, преимущественно, выполненных в виде тела вращения. Каждые два разрядника 17, образующие пару, разделены диэлектриком. Каждый разрядник 17 одной пары электрически связан с одним разрядником 17 другой пары. Один разрядник 18 верхней пары электрически связан с молниеприемником 3, а один разрядник 19 нижней пары — с контактным элементом 5 системы заземления. Разрядники 17 смежных пар размещены на корпусе 1, по меньшей мере, с частным смещением в плане относительно предыдущей и/или последующей пары разрядников 17. Внешние разрядники 17 выполнены в виде шара, шароида или в виде эллипсоида. Пары разрядников 17 внешней разрядной цепи 16 последовательно спирально смещены по высоте или последовательно смещены по высоте в шахматном порядке.
Корпус 6 генератора 4 импульсного напряжения выполнен, преимущественно, состоящим не менее чем из двух желобчатых пластин 20, разомкнутых по контуру в зонах расположения резисторных цепей 7, по меньшей мере, на части их длины.
Корпус 1 молниеотвода снабжен внешними опорными фланцами 21 для крепления разрядников 17. Каждый разрядник 17 снабжен токопроводящим опорным элементом 22, преимущественно, выполненным со стержневидным поддерживающим и консольным опорным участками, и установлен на опорном фланце 21 с возможностью регулирования толщины и омического сопротивления прослойки диэлектрика в паре разрядников 17.
Молниеприемник 3 пространственно нацелен в зону повышенной напряженности внешнего электрического поля. Радианная величина углового направления и радиальная длина боковых стержней 15, предпочтительно, одинаковы и вписаны в условный сферический сектор указанного внешнего поля. Центральный стержень 14 выполнен длиной, превышающей длину боковых стержней 15, и пролонгирован не менее чем до точки пересечения с условной плоскостью, касательной к поверхности упомянутого условного сферического сектора, нормальной к направлению одного из боковых стержней 15.
При четном числе резисторных цепей 7 в генераторе 4 импульсного напряжения номиналы и геометрические параметры резисторов 13 приняты одинаковыми для каждой из них.
При различном числе резисторных цепей 7 в генераторе 4 импульсного напряжения, сообщенных с верхними и сообщенных с нижними пластинами-обкладками 10, 11 конденсаторов 9, номиналы резисторов, по меньшей мере, одной цепи в группе с меньшим числом цепей увеличены до выравнивания совокупного омического сопротивления резисторов, сообщенных с каждой верхней или нижней пластиной-обкладкой соответственно 10 или 11 конденсатора 9 с сохранением равенства геометрической высоты резисторов 13.
Каждый резистор 13 в резисторных цепях 7 геометрически увязан с высотным диапазоном, занимаемым сообщенными с ним на входе и на выходе одноименными пластинами-обкладками 10, 11 конденсаторов 9 и разрядником 12, подбором или регулированием длины соединительных элементов между смежными резисторами.
Каждый резистор 13 в резисторных цепях 7 геометрически увязан с высотным диапазоном, занимаемым сообщенными с ним на входе и на выходе одноименными пластинами-обкладками 10, 11 конденсаторов 9 и разрядником 12, при осевой длине резистора, превышающей указанную совокупную длину указанных элементов конденсаторов 9 и разрядника 12, посредством расположения резисторов 13 наклонно-перекрестно относительно оси молниеотвода.
Каждый резистор 13 в резисторных цепях 7 геометрически увязан с высотным диапазоном, занимаемым сообщенными с ним на входе и на выходе одноименными пластинами-обкладками 10, 11 конденсаторов 9 и разрядником 12, при осевой длине резистора, превышающей указанную совокупную длину элементов конденсатора 9 и разрядника 12, посредством осевого смещения в плане и частичного совмещения в высотном диапазоне участков длины смежных резисторов.
Прослойки 23 между пластинами-обкладками 10, 11 конденсаторов 9, встречными выступами разрядников 12 и полость 24, занимаемая в молниеотводе многосекционным разрядником, заполнены диэлектриком или системой диэлектриков, способным к самовосстановлению исходных свойств после срабатывания устройства, например инертным газом или воздухом либо сочетанием газообразного и твердого диэлектриков.
Молниеотвод работает следующим образом.
На лидерной фазе развития молнии центральный стержень 14 молниеприемника 3 и боковые стержни 15 поляризуются до возникновения на них коронного разряда. Ток коронного разряда заряжает конденсаторы 9 до напряжения, устанавливаемого разрядным промежутком на разрядниках 12. В момент приближения лидера молнии к молниеотводу напряженность электрического поля возрастает, что приводит в действие самый нижний разрядник 12. Искровой разряд соединяет последовательно два самых нижних конденсатора 9, в результате чего на последующем разряднике 12 напряжение скачком возрастает до удвоенного пробивного напряжения. Все конденсаторы 9 соединены последовательно. На центральном стержне 14 молниеприемника 3 появляется импульс высокого напряжения. Импульсы высокого напряжения инициируют восходящий встречный лидер, который устремляется навстречу нисходящему лидеру молнии, формируя проводящий канал, по которому происходит основной разряд молнии. По проводящему каналу энергия молнии «замыкается» на землю через разрядники внешней разрядной цепи 16, защищая элементы генератора 4 от разрушения килоамперными токами молниевого разряда, и, таким образом, объект защищен от поражений молний.
Поскольку прослойки 23 между пластинами-обкладками 10, 11 конденсаторов 9, встречными выступами разрядников 12 и полость 24, занимаемая в молниеотводе многосекционным разрядником, заполнены самовосстанавливающим диэлектриком, то все свойства устройства после разряда восстанавливаются. Молниеотвод реагирует как на отрицательный лидер молнии, так и на положительный.
Молниеприемник 3 кроме центрального стержня 15 имеет боковые стрежни 16, смонтированные под углом к горизонтали, и на каждом конце стержней формируется высоковольтный импульс, и, следовательно, каждый боковой стержень 16 — это дополнительный молниеотвод, увеличивающий эффективность предлагаемого активного молниеотвода.
Электромагнитные параметры молниеотвода подбирают таким образом, что он срабатывает при приближении лидера молнии к высоте ориентировки 182-455 м в фазе с его воздействием.
Таким образом, в сравнении с ближайшим аналогом предлагаемый активный молниеотвод является более надежным и долговечным.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Активный молниеотвод, характеризующийся тем, что содержит корпус с крышкой, электрически последовательно сообщенные активный молниеприемник, генератор импульсного напряжения, возбуждаемый молниеактивно заряженным внешним электрическим полем, и контактный элемент системы заземления, при этом указанный генератор выполнен с корпусом, внутри внешнего контура которого размещены не менее двух зарядных резисторных цепей, а также многосекционный разрядник, выполненный в виде, по меньшей мере, одной конденсаторно-разрядной цепи, состоящей из последовательно чередующихся конденсаторов, каждый с двумя зарядными пластинами-обкладками, и функционально совмещенных с ними разрядников, выполненных в виде выверенных по высоте выступов на внешней стороне указанных пластин-обкладок, причем зарядные резисторные цепи состоят из последовательно соединенных резисторов и разделены на две группы, резисторы одной из которых соединены с верхними, а резисторы другой с нижними пластинами-обкладками конденсаторов, причем совокупные номиналы резисторов, электрически сообщенных с верхними, и резисторов, сообщенных с нижними пластинами-обкладками каждого конденсатора, приняты равновеликими по высоте и по сопротивлению, а омическое сопротивление резисторов, диэлектрических прослоек между встречными элементами разрядников и пластинами конденсаторов, площадь конденсаторных пластин, число и емкость конденсаторов в генераторе импульсных напряжений приняты обеспечивающими возможность зарядки конденсаторов из внешнего электрического поля, по крайней мере, при критическом молниеактивном напряжении последнего до уровня, достаточного для формирования и осуществления упреждающего разряда с образованием лидера, посылаемого через молниеприемник навстречу ударному лидеру внешней молнии, но при этом упомянутые электрическая емкость конденсаторов и омическое сопротивление прослоек между их пластинами и выступами разрядников приняты обеспечивающими возможность сквозного пробоя разрядников указанной цепи и короткого замыкания молниеприемника на контактный элемент системы заземления при ударе молнии с последующим самовосстановлением исходных свойств диэлектрика и защитной работоспособности активного молниеотвода, кроме того, молниеприемник выполнен в виде системы электрически взаимосвязанных стержней, образующих многостержневой венец с центральным и боковыми стержнями, при этом центральный стержень выполнен длиной, превышающей длину боковых стержней, также молниеотвод снабжен, по меньшей мере, одной внешней разрядной цепью, состоящей из пар токопроводящих разрядников, преимущественно выполненных в виде тела вращения, при этом каждые два разрядника, образующие пару, разделены диэлектриком, а каждый разрядник одной пары электрически связан с одним разрядником другой пары, причем один разрядник верхней пары электрически связан с молниеприемником, а один разрядник нижней пары — с контактным элементом системы заземления, причем разрядники смежных пар размещены на корпусе, по меньшей мере, с частным смещением в плане относительно предыдущей и/или последующей пары разрядников.
2. Активный молниеотвод по п.1, отличающийся тем, что корпус генератора импульсного напряжения выполнен преимущественно состоящим не менее чем из двух желобчатых пластин, разомкнутых по контуру в зонах расположения рсзисторных цепей, по меньшей мере, на части их длины.
3. Активный молниеотвод по п.1, отличающийся тем, что внешние разрядники выполнены в виде шара, шароида.
4. Активный молниеотвод по п.1, отличающийся тем, что внешние разрядники выполнены в виде эллипсоида.
5. Активный молниеотвод по п.1, отличающийся тем, что пары разрядников внешней разрядной цепи последовательно спирально смещены по высоте.
6. Активный молниеотвод по п.1, отличающийся тем, что пары разрядников внешней разрядной цепи последовательно смещены по высоте в шахматном порядке.
7. Активный молниеотвод по п.1, отличающийся тем, что корпус молниеотвода снабжен внешними опорными фланцами для крепления разрядников, а каждый разрядник снабжен токопроводящим опорным элементом, преимущественно выполненным со стержневидным поддерживающим и консольным опорным участками, и установлен на опорном фланце с возможностью регулирования толщины и омического сопротивления прослойки диэлектрика в паре разрядников.
8. Активный молниеотвод по п.1, отличающийся тем, что молниеприемник, выполненный в виде системы стержней, образующих многостержневой венец с центральным и боковыми стержнями, пространственно нацелен в зону повышенной напряженности внешнего электрического поля, при этом радианная величина углового направления и радиальная длина боковых стержней предпочтительно одинаковы и вписаны в условный сферический сектор указанного внешнего поля, а центральный стержень выполнен длиной, превышающей длину боковых, и пролонгирован не менее чем до точки пересечения с условной плоскостью, касательной к поверхности упомянутого условного сферического сектора, нормальной к направлению одного из боковых стержней.
9. Активный молниеотвод по п.1, отличающийся тем, что при четном числе резисторных цепей в генераторе импульсного напряжения номиналы и геометрические параметры резисторов приняты одинаковыми для каждой из них.
10. Активный молниеотвод по п.1, отличающийся тем, что при различном числе резисторных цепей в генераторе импульсного напряжения, сообщенных с верхними и нижними пластинами-обкладками конденсаторов, номиналы резисторов, по меньшей мере, одной цепи в группе с меньшим числом цепей увеличены до выравнивания совокупного омического сопротивления резисторов, сообщенных с каждой верхней или нижней пластиной-обкладкой конденсатора с сохранением равенства геометрической высоты резисторов.
11. Активный молниеотвод по п.1, отличающийся тем, что каждый резистор в резисторной цепи геометрически увязан с высотным диапазоном, занимаемым сообщенными с ним на входе и на выходе одноименными пластинами-обкладками конденсаторов и разрядником, подбором или регулированием длины соединительных элементов между смежными резисторами.
12. Активный молниеотвод по п.1, отличающийся тем, что каждый резистор в резисторной цепи геометрически увязан с высотным диапазоном, занимаемым сообщенными с ним на входе и на выходе одноименными пластинами-обкладками конденсаторов и разрядником, при осевой длине резистора, превышающей указанную совокупную длину указанных элементов конденсаторов и разрядника, посредством расположения резисторов наклонно-перекрестно относительно оси молниеотвода.
13. Активный молниеотвод по п.1, отличающийся тем, что каждый резистор в резисторной цепи геометрически увязан с высотным диапазоном, занимаемым сообщенными с ним на входе и на выходе одноименными пластинами-обкладками конденсаторов и разрядником, при осевой длине резистора, превышающей указанную совокупную длину элементов конденсатора и разрядника, посредством осевого смещения в плане и частичного совмещения в высотном диапазоне участков длины смежных резисторов.
14. Активный молниеотвод по п.1, отличающийся тем, что прослойки между пластинами-обкладками конденсаторов, встречными выступами разрядников и полость, занимаемая в молниеотводе многосекционным разрядником, заполнены диэлектриком или системой диэлектриков, способным к самовосстановлению исходных свойств после срабатывания устройства, например, инертным газом или воздухом, либо сочетанием газообразного и твердого диэлектриков.